背景

單樁基礎(chǔ)在巖土工程與海洋工程中應(yīng)用廣泛，其貫入過程直接影響承載力、沉降以及后期的服役性能。傳統(tǒng)的分析方法通常依賴于靜力學(xué)近似或經(jīng)驗公式，但在高速貫入或復(fù)雜土體條件下，這類方法往往難以準(zhǔn)確反映真實機(jī)理。為此，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸成為研究單樁動力學(xué)行為的有力工具。

內(nèi)容

本案例介紹一種基于 CEL（Coupled Eulerian–Lagrangian）方法 的單樁貫入模擬思路。CEL法通過在樁體采用Lagrangian網(wǎng)格、土體采用Eulerian描述的方式，能夠自然處理大變形問題，避免了純Lagrangian網(wǎng)格嚴(yán)重畸變的困境。這種方法特別適合樁土相互作用、沖擊載荷和復(fù)雜邊界問題的研究。

在模型構(gòu)建中，除考慮土體強度隨埋深的變化外，還引入了 應(yīng)變軟化 與 應(yīng)變率效應(yīng) 兩個關(guān)鍵因素。應(yīng)變軟化反映了土體在達(dá)到峰值強度后強度逐漸降低的特性，對預(yù)測貫入阻力和樁周土體擾動范圍具有重要意義。而應(yīng)變率效應(yīng)則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規(guī)律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩(wěn)定性，速率效應(yīng)則主導(dǎo)了瞬時的動力響應(yīng)。

通過研究，可以得到以下幾點主要認(rèn)識：

1. 軟化效應(yīng)：若忽略，可能會高估貫入阻力，導(dǎo)致溜樁等事故發(fā)生。
2. 速率效應(yīng)：對貫入速度較大的情況，土體等效強度提升明顯，使樁貫入力顯著增大；但該效應(yīng)在慢速貫入下相對有限。

相比傳統(tǒng)有限元方法，CEL模擬不僅能捕捉樁端土體的流動與回填現(xiàn)象，還能清晰展現(xiàn)樁周土體擾動區(qū)的形成與演化。提供了一個更接近實際工況的分析工具。

應(yīng)用領(lǐng)域

樁體、軟土貫入儀器貫入過程等軟土大變形領(lǐng)域